(57)【要約】      （修正有）【課題】十分に平行に配設された二つのプレート間で、高精度で干渉計方式により間隔測定するための機構を提供する。【解決手段】光源３．１から発せられた光束が、第一プレート１にある分光器要素１．２に傾斜して当たり、そこで反射される参照光束と透過する測定光束に分割される。測定光束は第二プレート２にあるリフレクタ要素２．２に当たり、そこで第一逆反射を受ける。参照光束は第一屈折要素３．２ａを、測定光束は第二屈折要素３．２ｂを通過し、二つの光束は引き続いて、それぞれ関連配置された逆反射器３．３を通過して、測定光束は第三屈折要素３．２ｃを、参照光束は第四屈折要素３．２ｄを通過する。そして参照光束は第一プレート１で反射を、測定光束は第二プレート２のリフレクタ要素２．２で第二逆反射を受け、それにより二つの光束が、共直線で検知ユニット３の方向に伝播し、そこで位相がずれた複数の走査検知信号を生成することができる。【選択図】図１ａ
2013050448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（３．１；１３．１）、少なくとも一つの分光器要素（１．２；１１．２）、少なくとも一つのリフレクタ要素（２．２，３．５，３．６；１２．１，１２．５，１３．５）、複数の屈折ユニット、複数の逆反射器（ＲＲ）、および検知ユニット（４；１４）を有し、十分に平行に配設された二つのプレート（１，２；１１，１２）間で干渉計方式により間隔するための機構において、
−  光源（３．１；１３．１）から発せられた光束が、第一プレート（１；１１）にある分光器要素（１．２；１１．２）に傾斜して当たり、そこで反射される参照光束（Ｒ）と透過する測定光束（Ｍ）に分割され、そして
−  測定光束（Ｍ）は第二プレート（２）にあるリフレクタ要素（２．２；１２．２）に当たり、そこで第一プレート（１）の方向に第一逆反射を受け、そして
−  参照光束（Ｒ）は第一屈折要素を、測定光束（Ｍ）は第二屈折要素を通過し、参照光束および測定光束（Ｒ，Ｍ）は引き続いて、それぞれ関連配置された逆反射器（ＲＲ）を通過し、そして測定光束（Ｍ）は第三屈折要素を、参照光束（Ｒ）は第四屈折要素を通過し、そこで第一と第二屈折要素も第三と第四屈折要素も、通過する参照光束および測定光束（Ｒ，Ｍ）に対してそれぞれ異なった屈折作用を効かせ、そして
−  参照光束（Ｒ）は第一プレート（１；１１）で反射を受け、そして
−  測定光束（Ｍ）は第二プレート（２；１２）のリフレクタ要素（２．２；１２．３）で第二逆反射を受け、それにより
−  測定光束（Ｍ）および参照光束（Ｒ）が、共直線で検知ユニット（４；１４）の方向に伝播し、そこで、干渉する測定光束および参照光束（Ｍ，Ｒ）から、位相がずれた複数の走査検知信号（Ｓ０，Ｓ１２０，Ｓ２４０）を生成することができる
ことを特徴とする機構。
【請求項２】
請求項１に記載の機構において、
逆反射器（ＲＲ）には、第一回折レンズ（ＤＬ）、リフレクタ要素（Ｒ）、および第二回折レンズ（ＤＬ）を含んでおり、第一回折レンズ（ＤＬ）を介して、それに入射する測定光束または参照光束（Ｍ，Ｒ）をリフレクタ要素（Ｒ）に焦点を合わせ、そして第二回折レンズ（ＤＬ）を介して、リフレクタ要素（Ｒ）により反射されて出射する測定光束または参照光束（Ｍ，Ｒ）を平行光線化することが行われる
ことを特徴とする機構。
【請求項３】
請求項２に記載の機構において、
第一および第二回折レンズ（ＤＬ）が、プレート形状の透明なキャリア要素の第一側面に配設されており、リフレクタ要素（Ｒ）が、反対側にあるキャリア要素の第二側面に配設されており、その反射する側面が、第一側面の方向に向いている
ことを特徴とする機構。
【請求項４】
請求項２に記載の機構において、
−  第一逆反射器の第一屈折要素と第一回折レンズおよび第四屈折要素と第二回折レンズが、第一および第四組み合わせ回折性屈折レンズ要素（３．２ａ，３．２ｄ；１３．２ａ，１３．２ｄ）として構成されており、
−  第二逆反射器の第二屈折要素と第一回折レンズおよび第三屈折要素と第二回折レンズが、第二および第三組み合わせ回折性屈折レンズ要素（３．２ｂ，３．２ｃ；１３．２ｂ，１３．２ｃ）として構成されている
ことを特徴とする機構。
【請求項５】
請求項４に記載の機構において、
組み合わせ回折性屈折レンズユニット（３．２ａ，３．２ｂ，３．２ｃ，３．２ｄ；１３．２ａ，１３．２ｂ，１３．２ｃ，１３．２ｄ）が、プレート形状の透明なキャリア要素の第一側面に配設されており、そしてリフレクタ要素（３．５；１３．５）が、反対側にあるキャリア要素の第二側面に配設されており、その反射する側面が、第一側面の方向に向いている
ことを特徴とする機構。
【請求項６】
前記請求項の少なくとも一つに記載の機構において、
測定光束および参照光束（Ｍ，Ｒ）の光路長が、規定された基準位置において同一である
ことを特徴とする機構。
【請求項７】
請求項６に記載の機構において、
同一の光路長を設定するために、測定光束および参照光束（Ｍ，Ｒ）それぞれに関連配置した逆反射器が、異なって構成されている
ことを特徴とする機構。
【請求項８】
前記請求項の少なくとも一つに記載の機構において、
Θ＝光源から発せられた光束が第一プレートに入射する角度で、第一プレートでの垂直に対する角度
ｒＳ＝光源の光線半径
ｚＰ＝第一と第二プレート間の間隔
とすると、
光源（３．１；１３．１）から発せられた光束が第一プレートに傾斜して入射する角度（Θ）に対して、
ｔａｎ（Θ）＞ｒＳ／ｚＰ
が当て嵌まる
ことを特徴とする機構。
【請求項９】
前記請求項の少なくとも一つに記載の機構において、
第一プレート（１；１１）が透明なフラットプレートとして構成されており、
−  その光源（３．１；１３．１）とは反対向きの側で空間的に制限された第一範囲において、分光器要素（１．２；１１．２）として平面的な分光層が配設されており、それに光源（３．１；１３．１）から発せられた光束が当たり、そして
−  その同じ側で空間的に制限された第二範囲において、別の分光器要素（１．３；１１．３）として別の平面的な分光層が配設されており、それに測定光束（Ｍ）が、第二プレート（２）のリフレクタ要素（２．２；１２．３）における第二逆反射の後に当たると共に、それに参照光束（Ｒ）が、第四屈折要素の通過後に当たる
ことを特徴とする機構。
【請求項１０】
請求項９に記載の機構において、
第一プレート（１；１１）が、光源（３．１；１３．１）の方を向いた側およびその反対側で分光器要素（１．２，１．３；１１．２，１１．３）の付いた範囲の外側に、抗反射層を有している、および／または共直線で重ね合わされた測定光束および参照光束（Ｍ，Ｒ）が検知ユニット（４；１４）の方向に伝播する範囲に、絞りを有している
ことを特徴とする機構。
【請求項１１】
前記請求項の少なくとも一つに記載の機構において、
第二プレート（２；１２）が透明なフラットプレートとして構成され、その光源（３．１；１３．１）に向いた側にリフレクタ要素（２．２；１２．２；１２．３）として平面的なミラー層が配設されており、その反射する側が第一プレート（１；１１）の方向に向いている
ことを特徴とする機構。
【請求項１２】
第一および第二プレート（１，２；１１，１２）の相対スライド量を二つのプレート（１，２；１１，１２）の配設面に対して平行に検出するために適している光学式位置測定装置と組み合わせて、前記請求項の少なくとも一つに記載の機構から成るシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
光学式位置測定装置および干渉計方式により間隔測定するための機構の測定点（１．１，２．１；１１．１，１２．１）が一致している
ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、十分に平行に配設された二つのプレート間で、干渉計方式により間隔測定するための機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
横方向で互いが移動する二つの対象物の位置変化を検出するという他にも、専用として又は場合により追加的に、この対象物に対して直角且つ竪方向でこれら対象物の間隔を測定することが求められるという測定課題がある。ここで対象となり得るのは例えば、互いが十分に平行に配設された二つのプレートであり、これらのプレートは互いの間で僅かな間隔を有するにすぎない。この時に高精度で間隔測定するために挙げられるのは、例えば特許文献１または特許文献２で開示されている干渉計方式による方法である。
【０００３】
干渉計方式により間隔測定するための特許文献１で公知の機構には、ガラスプレート上に配設された発光器・受光器ユニットを含んでおり、それが求める対象物からの間隔で位置しており、対象物にはミラーが配設されている。ガラスプレート上には分光格子が配設されており、それが光源から発せられた光束を、少なくとも一つの測定光束および少なくとも一つの参照光束に分光する。測定光束は、対象物にあるミラーの方向に伝播し、更に発光器・受光器ユニットの方向に逆反射される；参照光束はガラスプレートの中を伝播するのみであり、多数の反射をした後に測定光束と干渉重ね合わせを行うために、発光器・受光器ユニットに到達する。以上のようにして得られた干渉信号から、公知の形式と方法でガラスプレートと対象物間の間隔ないし、これら構成要素間の間隔変化を求めることができる。しかしながら特許文献１で公知の機構では、ガラスプレートとミラー間が傾く場合に、欠陥のある走査検知信号が発生するということが欠点である。
【０００４】
特許文献２で公知の機構は、所謂フィゾー干渉計がベースになっており、それを使うことにより平行な二つのプレート間の間隔を、干渉計方式による方法を介して高精度に測定することができる。しかしながら、この場合も精密な間隔測定のためには、二つのプレートは非常に精確に互いが平行に向いていることが基本であり、そうでない場合には著しい信号低下が生じる。よって、この公知の干渉計方式により間隔測定するための機構でも、組み付けおよび使用上の許容度が極度に小さい。従ってフィゾー干渉計でも測定精度が、回避できない多重干渉により非常に制限されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ １０ ２００７ ０１６ ７７４ Ａ１号公報
【特許文献２】ＵＳ ４，６０６，６３８号公報
【特許文献３】ＤＥ １０ ２０１０ ０４３ ２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の根拠となる課題は、十分に平行に配設された二つのプレート間で、高精度で干渉計方式により間隔測定するための機構を得ることであり、それは出来るだけ大きな組み付けおよび使用上の許容度を有する、即ち、場合による二つのプレートの傾きに対して特に鈍感なものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を本発明に従い、請求項１の特徴を有する機構により解決する。
【０００８】
本発明による機構の利点ある実施方法は、従属請求項に記載の方策から得られる。
【０００９】
十分に平行に配設された二つのプレート間で干渉計方式により間隔測定するための本発明による機構には、光源、少なくとも一つの分光器要素、少なくとも一つのリフレクタ要素、複数の屈折要素、複数の逆反射器、および検知ユニットを含んでいる。そして光源から発せられた光束が、第一プレートにある分光器要素に傾斜して当たり、そこで反射される参照光束と透過する測定光束に分割される。測定光束は第二プレートにあるリフレクタ要素に当たり、そこで第一プレートの方向に第一逆反射を受ける。参照光束は第一屈折要素を、測定光束は第二屈折要素を通過する；参照光束および測定光束は引き続いて、それぞれ関連配置された逆反射器を通過する；そして測定光束は第三屈折要素を、参照光束は第四屈折要素を通過し、そこで第一と第二屈折要素も第三と第四屈折要素も、通過する参照光束および測定光束に対してそれぞれ異なった屈折作用を効かせる。そして参照光束は第一プレートで反射を、測定光束は第二プレートのリフレクタ要素で第二逆反射を受け、それにより測定光束および参照光束が、共直線で検知ユニットの方向に伝播し、そこで、干渉する測定光束および参照光束から、位相がずれた複数の走査検知信号を生成することができる。
【００１０】
可能な実施形態において逆反射器には、第一回折レンズ、リフレクタ要素、および第二回折レンズを含んでおり、第一回折レンズを介して、それに入射する測定光束または参照光束をリフレクタ要素に焦点を合わせ、そして第二回折レンズを介して、リフレクタ要素により反射されて出射する測定光束または参照光束を平行光線化することが行われる。
【００１１】
その場合に第一および第二回折レンズが、プレート形状の透明なキャリア要素の第一側面に配設されており、リフレクタ要素が、反対側にあるキャリア要素の第二側面に配設されており、その反射する側面が、第一側面の方向に向いていることがある
更に、
−  第一逆反射器の第一屈折要素と第一回折レンズおよび第四屈折要素と第二回折レンズが、第一および第四組み合わせ回折性屈折レンズ要素として構成されており、
−  第二逆反射器の第二屈折要素と第一回折レンズおよび第三屈折要素と第二回折レンズが、第二および第三組み合わせ回折性屈折レンズ要素として構成されている
ようにしていることがある。
【００１２】
本発明の別の観点により、組み合わせ回折性屈折レンズユニットが、プレート形状の透明なキャリア要素の第一側面に配設されており、そしてリフレクタ要素が、反対側にあるキャリア要素の第二側面に配設されており、その反射する側面が、第一側面の方向に向いていることがある。
【００１３】
本発明による機構の利点ある実施形態においては、測定光束および参照光束の光路長が、規定された基準位置において同一である。
【００１４】
このことを達成する目的で同一の光路長を設定するために、測定光束および参照光束それぞれに関連配置した逆反射器が、異なって構成されているようにすることがある。
【００１５】
光源から発せられた光束が第一プレートに傾斜して入射する角度に対して、次が当て嵌まると利点がある：
ｔａｎ（Θ）＞ｒＳ／ｚＰ
そのとき
Θ＝光源から発せられた光束が第一プレートに入射する角度で、第一プレートでの垂直に対する角度
ｒＳ＝光源の光線半径
ｚＰ＝第一と第二プレート間の間隔
【００１６】
本発明による機構の可能な変形例において、第一プレートが透明なフラットプレートとして構成されており、
−  その光源とは反対向きの側で空間的に制限された第一範囲において、分光器要素として平面的な分光層が配設されており、それに光源から発せられた光束が当たり、そして
−  その同じ側で空間的に制限された第二範囲において、別の分光器要素として別の平面的な分光層が配設されており、それに測定光束が、第二プレートのリフレクタ要素における第二逆反射の後に当たると共に、それに参照光束が、第四屈折要素の通過後に当たる
ようにしていることがある。
【００１７】
更に第一プレートが、光源の方を向いた側およびその反対側で分光器要素の付いた範囲の外側に、抗反射層を有している、および／または共直線で重ね合わされた測定光束および参照光束が検知ユニットの方向に伝播する範囲に、絞りを有していることがある。
【００１８】
更に、第二プレートが透明なフラットプレートとして構成され、その光源の方を向いた側にリフレクタ要素として平面的なミラー層が配設されており、その反射する側が第一プレートの方向に向いていることがある。
【００１９】
更に、第一および第二プレートの相対スライド量を二つのプレートの配設面に対して平行に検出するために適している光学式位置測定装置と組み合わせて、本発明による機構から成るシステムを構築することがある。
【００２０】
その場合に、光学式位置測定装置および干渉計方式により間隔測定するための機構の測定点が、一致していると好ましい。
【００２１】
本発明による解決手段の決定的な利点として、二つのプレートが場合により傾斜することに対して非常に鈍感であることが挙げられる；そのことから結果として同じく、所望されるような組み付けおよび使用上の許容度が大きいことが得られる。それを決定的に担うのは、本発明により逆反射を設けていることであり、それを介することにより、干渉に至る光束の少なくとも一つが、二度目に二つのプレートの一つにより反射される。この場合に、プレートで生じる例えば測定光束の第二反射を介して、場合によりこのプレートが必要な平行度に対して傾斜することが、光学的に補償されて測定誤差の原因とならない。
【００２２】
本発明による機構により更に、光線断面が拡大された測定光束および参照光束の利用が可能になる。この干渉計方式による間隔測定は、以上のような形式と方法により、二つのプレート上で可能性ある局部的な欠陥に対して鈍感となるが、その理由は、大きな光線断面を有する光束が、対応して大きな面を介して中間的な表面特性を検出するからである。
【００２３】
測定光束および参照光束は、本発明による機構において常に傾斜して二つのプレートに入射し、その間隔を測定する。それにより、信号取得に貢献しないで二つのプレート間を何度も往復して反射される光束が、大きく側方に屈折されるので、これが検知ユニットに最早当たらないことが確実である。このような形式と方法により、信号品質および測定精度が更に向上される。
【００２４】
二つのプレートの側面には、本発明による機構では光学的に機能する構成要素として、二つのプレート上に均質で平面的なコーティングのみが設けられている、即ち、特に格子構造でない。従って、二つのプレートが互いの間で横方向にスライドする場合に、結果として生じる間隔信号は十分に一定のままである。従ってプレートが互いに相対して横方向スライドする時に、場合による補間誤差を最小化するための電子的な信号補正は、走査検知信号に対して必要ではない。
【００２５】
本発明による機構は更に、横方向で二つのプレートの相対スライド量を検出するための光学式位置測定装置と組み合わせることにより、特に利点を有して一つの全体システムにすることができる。
【００２６】
本発明の更なる詳細および利点は、本発明による機構の実施例に関する以下の説明を使って、図面と関連して説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１ａ】本発明による機構の第一実施例における光路の第一外観概略図。
【図１ｂ】第一実施例における光路の一部の第二外観図。
【図２】第一実施例における走査検知プレート上側の上部外観図。
【図３】本発明による機構の構成要素の概略図示。
【図４ａ】本発明による機構の第二実施例における光路の第一外観概略図。
【図４ｂ】第二実施例における光路の一部の第二外観図。
【図５】第二実施例における走査検知プレート上側の上部外観図。
【図６ａ】第二実施例における第一プレート上側の上部外観図。
【図６ｂ】第二実施例における第二プレート下側の上部外観図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２８】
図１ａ，１ｂ，および２を使って、本発明による機構の第一実施例を説明する。ここで図１ａ，１ｂは、この実施例の光路ないしその一部の異なった外観図を概略的な形状により、図２は、この機構の走査検知プレート上側の上部外観図を示している。
【００２９】
本発明による機構を使うことにより、十分に平行に配設された二つのプレート１，２間の距離ｚＰを高精度で、干渉計方式により測定することが可能である。その二つのプレート１，２として対象になるのは、例えばガラス製の二つのフラットプレートであり、それが例えば光学式位置測定装置の中に配設されていると共に、横方向ｘｙ面において一つまたは二方向で互いが相対的に可動であるものである。光学式位置測定装置および干渉計方式により間隔測定するための本発明による機構で構成されるシステムは、機械の中に配設されると共に、二つのプレート１，２と接続しており互いが相対的に可動である二つの機械要素に関して、機械制御用の高精度位置情報を生成するために使用される。ｘｙ面内における位置検出は、光学式位置測定装置を介して可能である。そのために二つのプレート１，２において位置１．１，２．１の範囲に、格子構造の形態をした−図では示していない−基準尺が配設されており、それにより光学的走査検知を介して、横方向ｘｙ面内におけるプレート１，２の互いのスライド量に関してその位置情報を生成する；当該光学式位置測定装置には、基準尺の他に更に−同じく図示していない−走査検知ヘッドが含まれ、それが例えば、本発明による機構の走査検知ユニット３の中に配設されている。それに適切な走査検知光学系ないし適切な光学式位置測定装置は、例えば本出願人の特許文献３で公知である。ｘｙ面におけるプレート１，２のスライド量に対する位置情報および、ｚ方向に沿って本発明による機構を使って測定した二つのプレート１，２の竪方向間隔ｚＰから、二つのプレート１，２の空間的な位置を６自由度で高精度測定することができる。この情報は同じく例えば、光学式位置測定装置および本発明による機構で構成されたシステムが配設されている機械において、互いが相対的に可動する機械部品の空間的な位置を高精度で測定すると共に、そこで例えば所謂、位置測定におけるアッベ誤差を補正するために利用することもできる。本発明による機構および光学式位置測定装置で構成するシステムの利点ある詳細については、以下に記述する経過の中で更に詳細に取り扱う。
【００３０】
干渉計方式により間隔測定する本発明による機構の図示している第一実施例では、ｚ方向で二つのプレート１，２から間隔を隔てている走査検知ユニット３に、機構のいろいろな構成要素が配設されている。
【００３１】
勿論、単一の共通走査検知ユニットの中に、全ての構成要素が配設されていることが必ずしも求められるものではない；場合によれば例えば、光源３．１および／または検知ユニット４ないしその部品を、走査検知ユニット３から空間的に切り離して配設し、そして光ファイバを使って走査検知ユニット３と接続することも考えられるであろう。
【００３２】
本発明による機構の機能原理を説明するために、第一実施例における走査検知光路を以下で説明するが、それを介して、二つのプレート１，２間の間隔ｚＰに関して、ないし間隔ｚＰの変化に関して、位相のずれた複数の走査検知信号Ｓ０，Ｓ１２０，Ｓ２４０を発生することになる。
【００３３】
走査検知ユニット３にある光源３．１から発せられた光束が、光学軸Ａに対して角度Θだけ傾斜して、第一プレート１にある分光器要素１．２に当たる。光源３．１としては、直線偏光された光束を発するレーザを使用と好ましい。呈示の例において分光器要素１．２は平面的な分光層として構成されており、それが第一プレート１で光源３．１とは反対向きの側に配設されている；この側を以下において、第一プレート１の上側と呼ぶこともある。光源３．１から入射する光束は、分光器要素１．２を介して二つの分光光束に分けられ、その一つが反射され、別の分光光束は透過する。以下においては反射された分光光束を参照光束Ｒ、そして透過した光束を測定光束Ｍと呼ぶ。測定光束および参照光束Ｍ，Ｒという二つの分光光束の呼び方は任意であり、勿論、呼び方を逆転して選択する場合もあることを示唆しておきたい。
【００３４】
測定光束Ｍは続いて、第一プレート１に対して名目上平行な第二プレート２に当たる。第二プレート２で第一プレート１の方を向いた側、以下において第二プレート２の下側とも呼ぶ側に、リフレクタ要素２．２が配設されている。そのリフレクタ要素２．２は、平面的なミラー層として構成されており、その反射する側が第一プレート１の方向に向けられている。そのリフレクタ要素２．２で測定光束Ｍが、第一プレート１の方向への第一逆反射を受ける。そして測定光束Ｍは第一プレート１を、透明で光学的に作用しない範囲で透過し、λ／８プレートとして構成された偏光要素３．２ｂを通過して、走査検知ユニット３にある走査検知プレート３．３に到達する。走査検知プレート３．３には、その上に配設された光学的要素を介して種々の光学的機能が盛り込まれており、それが測定光束Ｍに、走査検知プレート３．３の通過時に特定の光学的作用を実行する。そこで測定光束Ｍは、再び二つのプレート１，２の方向に伝播する前に、第一屈折要素、関連配置された逆反射器、そして第四屈折要素を通過する。
【００３５】
走査検知プレート３．３の通過時の測定光束Ｍに対する色々な光学的作用を詳細に説明するために、図３を参照されたい。二つのプレート１，２の方向から入射する測定光束Ｍはまず、格子として構成されている屈折要素ＡＥを通過する。ここでは光学軸Ａに対して入射角Θｉｎで入射する測定光束が、屈折要素ＡＥにより屈折され、それを通過した後に光学軸Ａに対して平行に逆反射器ＲＲの方向に更に伝播する。図示している例では逆反射器ＲＲが、回折レンズＤＬおよび、ミラー層として構成されたリフレクタ要素Ｒで構成されている；回折レンズＤＬおよびリフレクタＲは、プレート形状で透明なキャリア要素の対向する側に配設されていると好ましい。回折レンズＤＬが測定光束を、リフレクタ要素Ｒに焦点を合わせる；リフレクタ要素Ｒにより結果として生じるのは、出射する測定光束Ｍを再び平行光線化する回折レンズＤＬの方向への逆反射であり、その後に測定光束が改めて屈折要素ＡＥに当たる。測定光束Ｍは屈折要素ＡＥにより、それを通過する時には最終的に最初の屈折に対して逆向きに、即ち、出射角Θｏｕｔで光学軸Ａから離れるように屈折され、そこでΘｉｎ＝Θｏｕｔが当て嵌まる。
【００３６】
場合により屈折要素ＡＥおよび／または逆反射器ＲＲの回折レンズＤＬも、基本的に複数分割して、即ち、例えば入射と出射する測定光束Ｍの範囲のみに構成することもあることを、ここで示唆しておきたい。
【００３７】
測定光束Ｍ’の入射角Θ’ｉｎが−例えば二つのプレート１，２が傾くことにより−幾分傾斜の緩い入射角Θ’ｉｎに向かって少し変化する時、屈折要素ＡＥ後の測定光束Ｍ’の出射角Θ’ｏｕｔは、幾分傾斜がきつくなる。よって、屈折要素ＡＥおよび逆反射器ＲＲで構成される図３で示した配設は、より傾斜の緩い入射角を同じく傾斜の緩い出射角に方向転換する簡単なミラー反射とは異なっている。それに入射する測定光束Ｍ’の小さな角度変化δΘｉｎ＝Θ’ｉｎ−Θｉｎを観察すると、これが反対向きの角度変化δΘｏｕｔ＝Θ’ｏｕｔ−Θｏｕｔ＝−δΘｉｎに方向転換され、それが逆反射器の代表的な光学的特性に相当する。即ち、屈折要素ＡＥおよび逆反射器ＲＲの組み合わせが、入射する測定光束Ｍ’を任意に選択できる別の方向に屈折して、そのときに、入射する測定光束Ｍ’の僅かに相違する角度変化が常に、出射する測定光束Ｍ’の反対向きの角度変化に転換される。
【００３８】
そこで注意すべきことは更に、最初および二回目の通過時に屈折要素ＡＥが、測定光束Ｍ，Ｍ’を異なって屈折することである。よって図３から分かるように、入射する測定光束Ｍ，Ｍ’が＋１次回折次数、出射する測定光束Ｍは−１次回折次数で屈折される。
【００３９】
屈折要素ＡＥと回折レンズＤＬが分離している図３で図示の配設に対する代替として、特に利点ある変形例ではこの二つの要素ＡＥ，ＤＬ乃至その光学的機能を、単一の回折要素に組み合わせるようにすることがある。そのような要素を以下においては、組み合わせ回折性屈折レンズ要素と呼ぶことにし、図１ａ，１ｂにおける本発明による機構の第一実施例では、具体的にそのようにしている。組み合わせ回折性屈折レンズ要素をプレート形状の透明なキャリア要素の片側に、その反対側にリフレクタ要素を配設して、その反射する側面が反対の側面の方向を向いていると好ましい。
【００４０】
従って本発明による機構の第一実施例では、走査検知プレート３．３で二つのプレート１，２の方を向いた側面に、第二組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｂが配設されている。これが測定光束Ｍを、対応する光学的屈折機能を介して、光学軸Ａに対して平行に屈折して、それを同時にその光学的レンズ機能を介して、走査検知プレート３．３で反対側にあるリフレクタ要素３．５に焦点を合わせる。そこで測定光束Ｍは、光学軸Ａの範囲でリフレクタ要素３．５に当たり、それにより反射されて、第三組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｃに到達する。第三組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｃおよびその光学的レンズ機能を介して、結果として測定光束Ｍの平行光線化が生じ、第三組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｃの光学的屈折機能を介して、角度Θで光学軸Ａに向かう測定光束Ｍの屈折が生じる。引き続いて、二つのプレート１，２の方向に伝播する測定光束Ｍはまず、同じくλ／８プレートとして構成された別の偏光要素３．２ｃを通過し、そしてプレート１の透明な範囲を貫通して、最後に再び第二プレート２上にあるリフレクタ要素２．２に当たる。そこで第二逆反射を受け、そして第一プレート１上にある別の分光器要素１．３を通過して、検知ユニット４の方向に伝播する。
【００４１】
第一プレート１の分光器要素１．２で生成された参照光束Ｒは、走査検知ユニット３の方向に逆反射され、そこでλ／８プレートの形態をした偏光要素３．２ａを通過して、そして測定光束Ｍが通過する第二組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｂのように、走査検知ユニット３．３の同じ側に配設されている第一組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ａに到達する。第一組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ａは、測定光束Ｍに対する第二組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｂのように、基本的に同等の光学機能を参照光束Ｒに実行する。即ち、参照光束Ｒが、第一組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ａの光学的屈折機能を介して光学軸Ａに対して平行に向けられ、他方でその光学的レンズ機能を介して参照光束は、リフレクタ要素３．５の上方で光学軸Ａの範囲において、走査検知ユニット３．３で二つのプレート１，２の方を向いた側に配設されているリフレクタ要素３．６に焦点を合わせられる。そしてリフレクタ要素３．６から参照光束Ｒは、更にリフレクタ要素３．５での反射を介して、第四組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｄに到達する。これが参照光束Ｒを再び平行光線化して、それを同じく光学軸Ａに向かって角度Θで屈折する。従って参照光束Ｒは、第一屈折要素、関連配置された逆反射器、および第四屈折要素を通過し、その後、再び二つのプレート１，２の方向に伝播する。そして参照光束Ｒは、λ／８プレートとして構成された偏光要素３．２ｄを通過した後に、第一プレート１上にある分光器要素１．３に到達し、そこで同じく入射する測定光束Ｍと重ね合わされ、そして更に反射された後に検知ユニット４の方向に伝播する。
【００４２】
第一および第四組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ａ，３．４ｄ、そして第二および第三組み合わせ回折性屈折レンズ要素３．４ｂ，３．４ｃが、それぞれ光学軸Ａおよび焦点位置に関して対称的に構成されていることにより、測定光束および参照光束Ｍ，Ｒが、第一プレート１の分光器要素１．３における同一位置で出合い、そして共直線で検知ユニット４に伝播することが保証される。
【００４３】
呈示の実施例で走査検知プレート３．３中において、参照光束Ｒがリフレクタ要素３．６で追加して反射されることにより通過する長い方の光路は、プレート１，２が基準位置にある時に、それがプレート１，２間における測定光束Ｍの追加光路に等しくなるように選択すると好ましい。従って二つの光束の光路長は、基準位置で補償することができる。その結果として、この基準位置で光源３．１の位相ノイズが最早影響しないので、特に位置ノイズが少なくなる。加えて、コヒーレント長の短い光源３．１を使用可能であり、それが（例えば、ケース壁面での“斑点模様形成”による）意図しない障害反射を本質的に減少する。
【００４４】
位相のずれた走査検知信号Ｓ０，Ｓ１２０，Ｓ２４０を生成するために、測定光束と参照光束Ｍ，Ｒは、それぞれλ／８プレートとして構成され対応して方向を向けられた偏光構成要素３．２ａ〜３．２ｄにより、互いの間で反対向きに円偏光される。検知ユニット４の中にある分光格子４．１が、二つの共直線測定光束と参照光束Ｍ，Ｒを、それぞれ三つの分光光束に更に分光する。これらが、それぞれポラライザ４．２ａ，４．２ｂ，４．２ｃを通過した後に、光電式ディテクタ要素４．３ａ，４．３ｂ，４．３ｃにより、位相のずれた電気的な走査検知信号Ｓ０，Ｓ１２０，Ｓ２４０に変換される。ポラライザ４．２ａ，４．２ｂ，４．２ｃは、互いが６０°の角度に向けられているので、生成された走査検知信号Ｓ０，Ｓ１２０，Ｓ２４０間でそれぞれ１２０°の位相ずれが生じる。
【００４５】
図示している第一実施例では全ての光束が、光源３．１から検知ユニット４まで一つの面内、即ち、図１ａで図示のＸＺ面内を進む。二つのプレート１，２のそれぞれに対する有効測定点は、対称性が理由となって、該当分光光束Ｍ，Ｒが出合う点の間の光学軸Ａ上にある。図１ａと１ｂで図示しているように、第二プレートに対する有効測定点は、プレート２の下側の位置２．１にある；第一プレート１に対しては有効測定点が、プレート１の上側の位置１．１にある。第一プレート１がｚ方向スライドする時も、測定点１．１，２．１は光学軸Ａ上に留まる。
【００４６】
図１ａ，１ｂでは図示していない光学式位置測定装置を追加して使うことにより、−既に前記で言及したように−ｘｙ面における二つのプレート１，２の横方向スライド量を互いの間で検出することができる。そのために二つのプレート１，２が測定点１．１，２．１で、適切な走査検知ヘッドにより走査検知する格子構造を有していることがある。例えば特許文献３で公知である走査検知光学系の走査検知ヘッドが、走査検知ユニット３の中に、好ましくは光学軸Ａの近くに配設されており、同じく位置１．１，２．１に有効測定点を有している。干渉計方式により間隔測定するための本発明による機構および、追加の光学式位置測定装置の共通測定点１．１，２．１により、複数自由度を簡単に特定して、生成された間隔信号を特に好都合に評価すること可能になる。そして、それぞれ干渉計方式により間隔測定するための本発明による機構および追加の光学式位置測定装置で構成された三つの当該形式システムが、二つのプレート１，２の所謂６Ｄポーズを互いの間で相対的に送り出す。６Ｄポーズは、プレート１，２またはツールセンターポイント（ＴＣＰ）の位置でそれぞれそれと接続された機械部品の、相対位置を計算するために使用することができ、場合によりアッベ誤差を、それにより補正することができる。
【００４７】
ｘｙ面におけるプレート１，２の許容スライド量は、第二プレート２上にあるリフレクタ要素２．２の横方向大きさ、ないし第一プレート１上にある分光器要素１．２，１．３の横方向大きさにより制限される。図示している図１ａ，１ｂの第一実施例では、例えば第二プレート２上にあるリフレクタ要素２．２のミラー層が、プレート２の下側全体に亘って広がって配設されているので、そのスライド範囲はプレート２の寸法によってのみ制限される。それに対して第一プレート１の上側にある分光器要素１．２，１．３の分光層は、それぞれｙ方向に沿ってのみ縞状で延伸しているので、ｘ方向では僅かの量だけ、しかしｙ方向では広い範囲に亘ってスライド可能である。勿論、スライド範囲を最大で可能にするために、分光器要素１．２，１．３の分光層を、それぞれ第一プレート１の上側に面として設けることもできる。それにより厳密に云えば、二つのプレート１，２で多重反射の発生することがあるが、測定光束および／または参照光束Ｍ，Ｒからの該当光束は、光束が光源３．１から来て第一プレートに入射するように選択した光線傾斜（角度Θ）および、それに伴って現れる横方向光線オフセットが大きいことにより、検知ユニット４には到達しない。そのために図１ａで分かるように、第一プレート１の上側において測定光束および参照光束Ｍ，Ｒが当たる点の間の光線オフセットΔｘが、横方向の光線幅より大きくなければならない。そのことから、光源３．１から発せられた光束が第一プレート１に傾斜して入射する最小必要入射角Θに対する条件が得られる：
ｔａｎ（Θ）＞ｒＳ／ｚＰ’    （式１）
そのとき
Θ＝光源から発せられた光束が第一プレートに入射する角度で、第一プレートでの垂直に対する角度
ｒＳ＝光源の光線半径
ｚＰ＝第一および第二プレートの間隔
【００４８】
分光器要素１．２，１．３の分光層が横方向で制限されている時も、式１による条件を遵守することが不可欠であり、それは、この場合でもプレート１，２の表面で、検知ユニット４に到達してはならない弱い多重反射が避けられないからである。
【００４９】
式１の条件を遵守することの他に更に、第一プレート１で分光器要素１．２，１．３が付いた範囲外の上側および全下側に、抗反射層を設けていると利点のあることが分かっている。利点のあることは更に、当該障害反射を抑制するために、検知ユニット４の前ないし、共直線で重ね合わされた測定光束および参照光束Ｍ，Ｒが検知ユニット４の方向に伝播する範囲に、−図では示していない−絞りを配設することである。その他にも、第一プレート１を軽くクサビ形状で実施して、それによりこのプレート１の内部における多重反射の干渉を回避すると好都合である。
【実施例２】
【００５０】
本発明による機構の第二実施例を、以下において図４ａ，４ｂ，５および６ａと６ｂを使って説明するが、そこでは第一例に対する主な違いのみを取り扱う。図４ａ，４ｂは第一実施例と同様に、光路ないしその一部の異なった外観図を概略的な形状により示しており、図５は走査検知プレート上側の上部外観図を、そして図６ａと６ｂは、本発明による機構の第一および第二プレートの外観図を示している。
【００５１】
本発明による機構の第二実施例が第一実施形態と異なるのは主として、光源１３．１から検知ユニット１４までの光路がここでは、第一例ではｘｚ面のケースのように、一つの面を完全に進まないことである。
【００５２】
この実施形態では光源１３．１が、光学軸Ａに対してｙ方向でオフセットして配設されており、そして光学軸Ａに対して傾斜角Θでｘｚ面に平行に光束を送り出す。光束が更に進むと参照光束Ｒおよび測定光束Ｍはｙ方向でオフセットして、走査検知ユニット１３の中で走査検知プレート１３．３の上側にあり関連配置された第一および第二組み合わせ回折性屈折レンズ要素１３．４ａ，１３．４ｂに当たる。この実施形態においてそのレンズ機能は、走査検知プレート１３．３の下側にあるリフレクタ要素１３．５に、参照光束Ｒも測定光束Ｍも焦点が合うように選ばれており、横方向で見て焦点位置が再び光学軸Ａ上にある。第三および第四組み合わせ回折性屈折レンズ要素１３．４ｃ、１３．４ｄも、同じく光学軸Ａに対して対称で構成されている。ｙ方向でオフセットした光源１３．１を選択していることにより、走査検知プレート１３．３の中における参照光束Ｒの光路長が、測定光束Ｍのそれより著しく長い。走査検知プレート１３．３の厚み寸法を適切に決めることにより、この実施例において二つのプレート１，２間で追加的に生じる測定光束Ｍの光路長を補償することができ、それにより同じく基準位置における光路長が補償されている。ここでは第一実施形態とは異なり、走査検知プレート１３．３の上側での追加のリフレクタ要素を必要としない。
【００５３】
光路がｘｚ面だけを進まない結果として更に、第二実施例では第二プレート１２の下側に−特に図４ａと６ａで分かるように−ｙ方向で間隔を隔てた二つのリフレクタ要素１２．２，１２．３が、同じく平面的な分光層として構成されて配設されている。このリフレクタ要素１２．２，１２．３を介して、第二プレート１２による測定光束Ｍの第一および第二逆反射が行われる。
【００５４】
本発明による機構のこの実施例では、光源１３．１および大半の別の光学構成要素（１３．４ａ〜１３．４ｄ，１３．２ａ〜１３．２ｄ，１４）をｙ方向オフセットして設けていることにより、結果として光学軸Ａの範囲で、より広い使用可能なスペースが生じ、そこには、例えばプレート１，２の横方向位置を測定するための光学式位置測定装置を一体化する。
【００５５】
図４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂにおいて、当該形式の位置測定装置の構成要素を著しく概略化して図示している。それに属するのは、走査検知ユニット１３に関連配置された走査検知ヘッド２０および、第一プレート１１上の第一基準尺２１と第二プレート１２上の第二基準尺２２である。ここで第一基準尺２１は、第一プレート１１の二つの分光器要素１１．２，１１．３の中間に、そして第二基準尺２２が、第二プレート１２の二つのリフレクタ要素１２．２，１２．３の中間に配設されている。走査検知ヘッド２０には、例えば光源およびディテクタユニットを含んでいることがある；第一および第二基準尺２１，２２としては、それぞれｘ方向で延伸するインクリメント目盛が設けられている。
【００５６】
具体的に説明した二つの実施例の他に勿論、干渉計方式により間隔測定するための本発明による機構を代替的に構成する更に別の可能性がある。
【００５７】
従って、二つの実施例に設けられた組み合わせ回折性屈折レンズ要素の代わりに、それぞれ前後して配設された屈折要素およびレンズを設けることも可能であり、それを介することにより、通過する光束に対して必要な光学的屈折および焦点作用を達成する。屈折要素として例えば格子、プリズム、あるいはミラーを使用し、レンズは回折性または屈折性で構成されているものとすることができる。
【００５８】
可能なことは更に、三角ミラーまたは三角プリズムを介して逆反射器機能を置き換えることである、即ち、回折性または屈折性レンズ、関連配置されたミラー、そして後続の回折性または屈折性レンズも、三角ミラーまたは三角プリズムにより代用することもあろう。
【００５９】
更に、二つのプレートにおいて障害となる多重反射が干渉しないように、光源のコヒーレント長を短く選ぶと、利点のあることが分かっている。
【００６０】
更に、位相のずれた走査検知信号の生成を、互いで直角偏光された光束を前提に、二つの実施例に記載しているものとは異なる代替の形式と方法で行うことができる。それで例えば、検知ユニットにおいて偏光分光器および光波プレートを使用することもある。
【００６１】
本発明の範疇においては更に、直角偏光された二つの測定光束および参照光束を、λ／８プレートを使って生成する代わりに、干渉する二つの光束の角度を互いの間で僅かに傾けることもできる。傾けることにより検知ユニットにおける重ね合わせ時に、例えば構造対応したフォトディテクタにより走査検知できる縞模様が発生する。
【００６２】
縞模様に対する別の走査検知方法も、位相のずれた走査検知信号を生成する当該変形例で当然、使用可能である。従って、干渉する二つの光束を傾けることを、例えば組み合わせ回折性屈折レンズ要素の屈折角度を、測定光束および参照光束に対して僅かに違って選ぶことによっても達成できるであろう。
【００６３】
更に、第一プレートと走査検知プレート間で参照光束の光路に、対応した厚みのガラスプレートを挿入することによっても、測定光束および参照光束の光路長を補償することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１        第一プレート
１．２    分光器要素
１．３    分光器要素
２        第二プレート
２．２    リフレクタ要素
３        走査検知ユニット
３．１    光源
３．２    偏光要素
３．３    走査検知プレート
３．４    組み合わせ回折性屈折レンズ要素
３．５    リフレクタ要素
３．６    リフレクタ要素
４        検知ユニット
４．１    分光格子
４．２    ポラライザ
４．３    光電式ディテクタ要素
１１      第一プレート
１１．２  分光器要素
１１．３  分光器要素
１２      第二プレート
１２．２  リフレクタ要素
１２．３  リフレクタ要素
１３      走査検知ユニット
１３．１  光源
１３．３  走査検知プレート
１３．４  組み合わせ回折性屈折レンズ要素
１３．５  リフレクタ要素
１４      検知ユニット
２０      走査検知ヘッド
２１      第一基準尺
２２      第二基準尺
【図１ａ】
2013050448.tif 000003
【図１ｂ】
2013050448.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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